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原文传递传动轴精拔数值模拟及模具优化设计

论文题名：	传动轴精拔数值模拟及模具优化设计
关键词：	传动轴;数值模拟;模具设计;冷拔加工
摘要：	传动轴广泛用作各种汽车、机械和家电行业的轴类零件，当其精度高于IT6时，通常采用车削-磨削的加工方法，不但设备投资大、生产效率较低，而且不便于绿色制造；而冷拔传动轴的传统工艺方法，尺寸精度低、成品稳定性差，不能满足高精度传动轴的质量要求。传动轴精拔技术是对传统冷拔工艺进行优化、改进并进行技术创新。本课题在已优化的酸洗-磷化-皂化的预处理工艺条件下，通过对稳态拉拔过程有限元模拟仿真，研究模具关键结构参数、拉拔工艺及预应力对冷拔成形的影响，并对其进行优化设计，从而实现精拔技术要求，使得冷拔加工的传动轴能直接装配轴承使用。　　本文主要从影响拉拔过程的因素、拉拔力实验验证、模具优化设计及预应力模具设计四个方面来进行研究的。首先利用ANSYS Workbench有限元分析软件对传动轴稳态冷拔过程进行了模拟仿真，通过单因素变量法依次分析了摩擦系数、工作锥角、定径带长度、道次加工量及拉拔速度对冷拔成形的影响，为模具结构参数优化设计奠定了基础。实验结果表明：拉拔力与摩擦系数近似成线性关系,摩擦系数对成形过程中的径向、轴向及周向应力影响不大；工作锥角一般选取2α=8°~12°，能使拉拔力获得较小值；定径带长度Ld越长拉拔力越大，定径带长度不宜过长或过短；随着道次变形量的增加拉拔力逐渐增大，可用双递减法对拉拔道次进行设计；对于大规格传动轴精拔速度最好在8~10m/min之间。　　拉拔力实验验证部分，通过设计模具固定装置进行了拉拔力测量实验，并对比分析了仿真模拟结果与实验结果的差异性：在拉拔力、成形直径方面，仿真结果与实测结果的相对误差均在3％以下，而利用拉拔力经验公式的相对误差20%以上；仿真模拟成形棒料尾部边线出现了向内凹的弧线与实际拉拔成形产品后端面出现的“凹坑”现象相吻合。　　其次，利用正交试验法对模具结构参数进行优化设计：结合多目标评价函数数学模型，通过正交实验法研究模具结构参数（工作锥半角α、过渡圆弧半径R、定径带长度 Ld）对传动轴冷拔成形的影响，模拟分析得到最小拉拔力、最小径向压应力及最小等效残余应力条件下较佳模具参数组合为：α=5°、R=5mm、Ld=4mm。在此基础上对优化方案和传统的设计方案进行了模拟比较分析，结果表明优化的模具结构比传统的方案更好，有利于提高冷拔制品质量，延长模具寿命。　　最后，对预应力模具设计进行分析。通过稳态冷拔过程力学模型分析，得出拉拔力的变化量□P与预应力Fn之间成线性关系，即□P=K□Fn，比例系数K=sin(α+β)cosx/cosβ（前提模具工作锥半角?、摩擦角?均为常量），这为有限元分析2D模型时预应力的施加提供了重要参考；通过数值模拟对比预应力施加前后的传动轴稳态冷拔过程，得出加预应力情况下稳态拉拔时径向压应力增加，而轴向压应力、周向压应力、等效应力、拉拔力、径向压缩变形均有所减小。
作者：	陈宝洲
专业：	机械制造及其自动化
导师：	欧阳八生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南华大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文